보고서
보고서 기본정보
전산 모형을 활용한 분자 구름 형성 연구 (HI to H2 Transition)
| 기관명 | NDSL |
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| 공개여부 | |
| 사업명 | |
| 과제명(한글) | |
| 과제명(영어) | |
| 과제고유번호 | |
| 보고서유형 | report |
| 발행국가 | |
| 언어 | |
| 발행년월 | 2022-03-01 |
| 과제시작년도 |
보고서 개요
| 주관연구기관 | 울산과학기술원 |
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| 연구책임자 | 곽규진 |
| 주관부처 | |
| 사업관리기관 | |
| 내용 | |
| 목차 | |
| 초록 | □ 연구개요 수소 원자가 화학 반응을 통해 수소 분자로 변형되는 과정은 성간물질에서 별이 생성 과정의 핵심에 해당된다. 하지만 이전까지의 연구에서는 전산 모사를 통해 이 과정을 상세히 구현하는 연구가 없었다. 제안된 연구는 중성 수소(HI) 구름이 분자(H2) 구름으로 전이되는 과정을 전산모사를 통해 구현하고 이를 통해 수소 구름의 조건에 따라 수소 구름이 분자 구름으로 전환되는 효율을 정량적으로 예측하는 것을 연구 목표로 제시 하였다. □ 연구 목표대비 연구결과 중성 수소(수소 원자)가 수소 분자로 변형되는 과정은 다양한 이온 상태를 포함한 화학 반응을 거치게 된다. 이러한 화학 반응을 유체 역학 시뮬레이션에 포함한 천체화학-유체역학 시뮬레이션 수행을 통해 중성 수소 구름이 분자 구름으로 전이되는 과정을 정확히 구현할 수 있다. 이전 연구의 유체역학 시뮬레이션을 통해 성간물질에 존재하는 고속 중성 수소 구름(High Velocity Clouds: HVCs)이 우리 은하 디스크의 성간 물질과 충돌할 경우 분자 구름 생성을 통해 우리 은하 별 생성에 영향을 미칠 수 있음을 제시하였다. 하지만 충돌 조건과 과정을 따라 중성 수소 구름이 분자 구름으로 바뀌는 과정을 정확히 추적하고 이를 통해 중성 수소 구름이 분자 구름으로 전환되는 전환율을 정확히 계산하기 위해서는 천체화학-유체역학 시뮬레이션을 수행해야 한다. 제시된 연구 목표를 달성하기 위해서는 천체화학-유체역학 코드의 천체 화학 부분을 정확하게 구동할 수 있어야 하는데 제안된 연구를 수행하는 과정에서 현재 개발된 천체 화학 코드의 수준이 천체화학-유체역학 시뮬레이션을 원하는 정도로 정확히 구현할 수 없음을 확인하였다. 가장 큰 걸림돌은 천체 화학 반응에 참여하는 원자 및 분자의 숫자에 제한이 없어 화학 반응 네트워크를 작위적으로 구성하는 것이 가능하다는 것이다. 따라서 모든 가능한 화학 반응 네트워크에서 해당 환경에 가장 적합한 네트워크를 추출하는 네트워크 축소 기법이 필요하다. 특히 수소 원자가 수소 분자로 전환되는 데 영향을 미치는 주요 화학 반응을 추출하는 것이 필요한데 이 분야에 대한 연구가 아직 걸음마 단계에 머물러 있어 본 과제 수행을 통해 얻은 연구 결과는 원래 제시된 연구 목표를 달성하지 못하였다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 비록 처음 제안한 연구 목표를 달성하지는 못했지만 연구 수행 과정을 통해 연구 목표를 달성하기 위해 그 전에 해결해야 할 새로운 난제가 있음을 확인하였다. 분자 구름 형성에 적합한 축소 네트워크 구축이 바로 그것이다. 하지만 이 새로운 연구 목표를 달성하는 것도 쉽지 않아 해당 연구 기간 동안에는 초기 우주에서 발생하는 분자 구름 형성 네트워크(primordial chemistry network)를 위주로 연구를 진행하였다. 특히 특정한 온도에서 평형 상태에 다다랐을 때 수소 분자와 수소 원자 사이의 비율을 계산하는 연구를 진행하였다. 초기 우주 환경에서 처음 생성된 별의 광이온화 효과가 주변 분자 구름 생성에 영향을 줄 수 있기 때문에 광이온화 효과를 고려한 평형 상태 비율 계산도 함께 수행하였다. 평형 상태를 가정해 얻은 수소 분자-원자 비율을 온도에 대한 테이블로 만들 경우 화학적 평형상태를 가정한 유체역학 결과만으로도 분자 구름 생성 비율을 계산할 수 있다. 이러한 경우에는 천체 화학 반응을 유체역학과 동시에 수행하는 천체화학-유체역학 시뮬레이션 수행 및 이를 위해 필요한 네트워크 축소도 필요하지 않아 원래 제안한 연구 목표를 제한된 가정 하에서 달성할 수 있는 길을 열 것으로 기대된다. 제안된 연구 목표는 이제 막 본격적인 연구가 시작된 천체화학 분야 연구이기 때문에 제한된 가정 하에서 얻은 결과라도 해당 분야에 적지 않은 기여를 할 것으로 예상된다. (출처 : 연구결과 요약문 2p) |
| 원문URL | http://click.ndsl.kr/servlet/OpenAPIDetailView?keyValue=03553784&target=REPORT&cn=TRKO202200015297 |
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